Phân tích số ứng xử của công trình đường trên nền đất yếu được xử lý bằng bấc thấm kết hợp trụ xi măng đất

Bài viết này trình bày một mô hình biến dạng phẳng sử dụng để mô phỏng số cho công trình đường trên nền đất yếu gia cố đồng thời bằng bấc thấm và trụ xi măng đất, trong đó hệ số thấm của đất nền và các thông số trụ xi măng đất (như độ cứng, bề rộng) được chuyển đổi từ trường hợp thực tế sang mô hình tương đương trong bài toán biến dạng phẳng...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích số ứng xử của công trình đường trên nền đất yếu được xử lý bằng bấc thấm kết hợp trụ xi măng đất Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 61, 2023 PHÂN TÍCH SỐ ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG TRÊN NỀN ĐẤT YẾU ĐƯỢC XỬ LÝ BẰNG BẤC THẤM KẾT HỢP TRỤ XI MĂNG ĐẤT NGUYỄN BÁ PHÚ*, NGUYỄN THỊ PHƯƠNG LINH, TRẦN VIỆT PHƯƠNG ĐÔNG, NGUYỄN THỊ HẢI YẾN Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh, * Tác giả liên hệ: nguyenbaphu@iuh.edu.vn DOIs: https://doi.org/10.46242/jstiuh.v61i07.4730 Tóm tắt. Xử lý nền đất yếu luôn là chủ đề rất khó khăn khi thiết kế và thi công các công trình giao thông đi qua các khu vực có lớp đất yếu và chiều dày lớn. Gần đây có một số nơi trên thế giới sử dụng phương pháp gia cố nền bằng cách sử dụng đồng thời bấc thấm và trụ xi măng đất nhằm giảm độ lún và tăng tốc độ cố kết trong nền. Mặc dầu ưu điểm của phương pháp này đề cập nhiều trong các nghiên cứu trước đây, tuy nhiên phương pháp tính toán cho phương pháp này để sử dụng trong thực tế chưa được nhiều sự quan tâm trong lĩnh vực địa kỹ thuật. Bài báo này trình bày một mô hình biến dạng phẳng sử dụng để mô phỏng số cho công trình đường trên nền đất yếu gia cố đồng thời bằng bấc thấm và trụ xi măng đất, trong đó hệ số thấm của đất nền và các thông số trụ xi măng đất (như độ cứng, bề rộng) được chuyển đổi từ trường hợp thực tế sang mô hình tương đương trong bài toán biến dạng phẳng. Các công thức chuyển đổi trong mô hình phẳng dựa vào các nghiên cứu trước đây đối với nền chỉ gia cố bấc thấm hoặc chỉ gia cố trụ xi măng đất. Tuy nhiên sự kết hợp này tạo ra một phương pháp mới để có thể sử dụng trong bài toán biến dạng phẳng để dự báo ứng xử của nền đường được gia cố bằng cách kết hợp bấc thấm và trụ xi măng đất. Vai trò của bấc thấm trong nền hỗn hợp cũng được khảo sát và phân tích qua ứng xử chuyển vị ngang của nền đất. Kết quả phân tích cho thấy độ lún thu được từ mô hình phẳng phù hợp với kết quả quan trắc hiện trường. Bấc thấm được sử dụng trong phương pháp kết hợp có thể làm giảm đáng kể chuyển vị ngang của nền đất yếu. Qua nghiên cứu này, tác giả kiến nghị sử dụng phương pháp xử lý nền đất yếu bằng phương pháp kết hợp trong điều kiện Việt Nam, đặc biệt những công trình đắp cao trên đất yếu có chiều dày lớn như đường dẫn đầu cầu. Từ khóa. Bấc thấm, trụ xi măng đất, nền đất yếu, lún, chuyển vị ngang. 1 GIỚI THIỆU Lún dư kéo dài theo thời gian là hiện tượng khá phổ biến xảy ra ở các công trình giao thông trên nền đất yếu ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Lún dư theo thời gian là yếu tố chính có thể làm mất ổn định công trình và ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể đến chất lượng khai thác công trình, qua đó làm tăng chi phí bảo dưỡng. Trong kỹ thuật xử lý đất yếu, trụ xi măng đất (trụ XMĐ) và bấc thấm (PVD) là hai giải pháp phổ biến nhất hiện nay. Trụ XMĐ được sử dụng gia cố nền đất nhằm giảm độ lún và tăng sức chịu tải của nền đất, trong khi đó bấc thấm kết hợp với gia tải trước được sử dụng để tăng tốc độ cố kết trong nền [1-3]. Bấc thấm là một loại vật liệu thoát nước thẳng đứng được chế tạo sẵn, cấu tạo bởi lõi bên trong bằng nhựa dẻo và được bọc bên ngoài bởi lớp vải tổng hợp. Lõi bên trong có chức năng như rãnh dẫn nước cho PVD, lớp vải tổng hợp bên ngoài có chức năng bảo vệ lõi bên trong tránh sự xâm nhập từ lớp đất xung quanh [4- 5]. Thông thường bấc thấm được cắm xuống đất bằng một ống dẫn hướng bằng thép. Dưới tải trọng bên ngoài sẽ tạo ra sự chênh lệch gradient thủy lực, do đó nước trong lỗ rỗng của đất nền có thể thấm ngang và hướng vào trong bấc thấm, sau đó lượng nước thu từ đất nền xung quanh sẽ được thoát ra ngoài theo phương thẳng đứng, dọc theo chiều dài của bấc thấm. Có thể thấy rằng bấc thấm được gia cố trong nền đóng vai trò như biên thoát nước nhân tạo trong nền và vì thế giảm chiều dài đường thấm của nước lỗ rỗng, từ đó tốc độ cố kết trong nền đất yếu sẽ được tăng lên. Hầu hết các công trình xử lý đất yếu đều sử dụng công nghệ bấc thấm nhằm tăng tốc độc cố kết trong nền. Ưu điểm của công nghệ PVD là thời gian thi công nhanh, thi công dễ dàng. Khi đó độ lún trong nền đất yếu hầu như xảy ra trong giai đoạn thi công. Tuy nhiên nền đất yếu gia cố bấc thấm không thể tăng sức chịu tải của đất nền và sự ổn định mái dốc cho nền đắp như các giải pháp gia cố khác như trụ đá, trụ vôi hay trụ XMĐ. Đặc biệt khi các công trình đường có chiều cao đắp lớn (ví dụ như đường dẫn đầu cầu), vấn đề liên quan đến ổn định nền đắp luôn được quan tâm và đòi hỏi phải có giải pháp an toàn nhất. © 2023 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh PHÂN TÍCH SỐ ỨNG XỬ CỦA CÔNG TRÌNH… Trong kỹ thuật gia cố nền đất yếu, trụ XMĐ được sử dụng nhằm giảm độ lún tổng của nền đường và tăng độ ổn định mái dốc. Trụ XMĐ được hình thành bởi hỗn hợp đất nguyên trạng nơi gia cố và xi măng được phun xuống nền đất bởi thiết bị khoan phun. Trụ XMĐ có thể được tạo ra bởi phương pháp trộn khô và trộn ướt (sử dụng vữa xi măng). Trụ XMĐ được sử dụng nhằm giảm độ lún tổng của nền đất, tăng sức chịu tải và ổn định của nền đất yếu [6]. Trụ XMĐ thường được lựa chọn để sử dụng vì có tính kinh tế cao, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, có khả năng sử dụng vật liệu tại chỗ (đất tự nhiên hiện trạng). Tuy nhiên trụ XMĐ không có chức năng tăng tốc độ cố kết trong nền vì hệ số thấm của trụ XMĐ rất nhỏ so với đất. Do đó, khi chiều dày lớp đất yếu lớn, việc sử dụng trụ xi măng đất sẽ gặp những vấn đề như phải tăng chiều dài trụ, giảm khoảng cách trụ. Khi đó việc sử dụng phương pháp này sẽ tăng chi phí trong xây dựng [7]. Nhìn chung, mặc dầu giải pháp xử lý nền đất yếu bằng trụ XMĐ và bấc thấm đã được sử dụng rất phổ biến hiện nay, tuy nhiên chúng có những nhược điểm khi sử dụng, đó là bấc thấm không thể tăng ổn định nền đắp và trụ xi măng đất không t ...